인공 구조물 내 직선을 찾기 위한 경험적 가중치를 이용한 소실점 검출 기법

A Vanishing Point Detection Method Based on the Empirical Weighting of the Lines of Artificial Structures

소실점(vanishing point)이란 카메라 렌즈를 통해 3차원 공간을 2차원 영상으로 투영하는 과정에서 평행한 직선들이 수렴하는 점을 의미한다. 소실점 검출은 영상 내의 정보를 이용하여 소실점의 위치를 파악하는 것을 의미하며, 영상 내 지점들의 상대적인 거리를 파악하거나 장면 전체의 3차원 구조를 파악하는데 활용된다. 일반적으로 영상 내 평행한 직선들은 인공 구조물 내에 존재하는 경우가 많으므로 직선 검출 기반 소실점 검출 기법들은 인공 구조물 내의 직선들을 찾아 이들이 수렴하는 점을 소실점으로서 검출하는 것을 목표로 한다. 이 때, 영상 내에서 직선을 검출하기 위하여 먼저 에지 검출(edge detection)을 통해 에지 픽셀을 검출하고 그 결과를 허프 변환(Hough transform)하여 직선들을 찾아낸다. 그러나 각종 텍스쳐 및 노이즈 등 여러 원인들로 인해 위 과정에서 검출된 직선들이 모두 소실점을 지나지는 않는다. 따라서 검출된 직선들로부터 소실점을 정확히 검출하기 위해서는 각 직선에 대하여 소실점을 지날 가능성에 따라 다른 가중치를 부여하는 것이 필요한데 기존의 연구들은 가중치를 동일하게 부여하거나 단순한 수준의 가중치 계산을 적용해 왔다. 본 논문에서는 소실점을 지나는 직선들은 대부분 인공 구조물 내의 직선들임에 착안하여 직선에 가중치를 부여하는 새로운 방법을 제안하고 이를 이용한 소실점 검출 결과를 몇 가지 기존 방법들과 비교하였다. 그 결과, 기존 방법들에 비하여 소실점 추정 오류가 약 65% 감소하였다.

A vanishing point is a point where parallel lines converge, and they become evident when a camera's lenses are used to project 3D space onto a 2D image plane. Vanishing point detection is the use of the information contained within an image to detect the vanishing point, and can be utilized to infer the relative distance between certain points in the image or for understanding the geometry of a 3D scene. Since parallel lines generally exist for the artificial structures within images, line-detection-based vanishing point-detection techniques aim to find the point where the parallel lines of artificial structures converge. To detect parallel lines in an image, we detect edge pixels through edge detection and then find the lines by using the Hough transform. However, the various textures and noise in an image can hamper the line-detection process so that not all of the lines converging toward the vanishing point are obvious. To overcome this difficulty, it is necessary to assign a different weight to each line according to the degree of possibility that the line passes through the vanishing point. While previous research studies assigned equal weight or adopted a simple weighting calculation, in this paper, we are proposing a new method of assigning weights to lines after noticing that the lines that pass through vanishing points typically belong to artificial structures. Experimental results show that our proposed method reduces the vanishing point-estimation error rate by 65% when compared to existing methods.